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1. 研究目的与意义

密封是防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄漏以及防止外界杂质如灰尘与水分等侵入机器设备内部的零部件或措施。

随着工业企业流程化、自动化水平的不断提高，设备稳定性、可靠性显得尤为重要。据统计60%机械设备非计划停车事故与密封故障造成泄漏有直接联系，在日常的机器设备使用和维修中，对于机泵，几乎40%~50%的工作量是用于轴封的维修，离心泵的维修费大约有70%用于处理密封故障，密封性能已成为评定机械产品质量的一个重要指标。

根据工作原理的不同，密封可分为静密封和动密封两大类。前者是指两个相对静止的零件的接合面之间的密封，后者是指两个相对运动的零件的接合面之间的密封。

2. 国内外研究现状分析

近年来许多学者致力于微尺度流动的研究，大多数研究发现微尺度流动在机理上与常规尺度流动大不相同，如张程宾等人^[3]研究了表面粗糙度的分形特征及其对微通道内层流流动的影响，分析了雷诺数、相对粗糙度和分形维数对流动阻力特性的影响。金文等人^[9]结合Micro-PIV实验测量，在动量方程中加上额外的动量源(汇)项，利用Fluent构成多孔介质模型模拟粗糙元，得出最佳微尺度流动数值模拟方案。何文博等人^[5]进行了方截面直微通道内低雷诺数流动分析，通过设置合适的多孔介质区域厚度与动量源项，建立多孔介质模型以数值模拟壁面粗糙元的影响。向硕等人^[13]进行了微通道内油液低雷诺数运动流动特性数值模拟，利用CFD软件Fluent分别数值模拟了进口段效应、几何结构参数和重力效应对光滑矩形截面微通道中油液流动特性的影响。郑慧凡等人^[10]进行了微通道内单相流流动的实验研究进展。高新学等人^[8]以三角形锯齿状粗糙元模拟固体表面的粗糙度，进行了平板微通道流动入口段粗糙度效应的数值模拟。聂德明等人^[14]进行了微通道中气体流动的格子Boltzmann数值模拟。YANG Kuang等人^[13]研究了微通道反应器内粘性介质的微观混合效率。尽管前人在微尺度流动领域已经开展了大量的工作，但在公开发表的文献中, 可借鉴的关于微尺度对流体速度及剪切应力影响的资料非常少, 本研究将假设端面微通道为余弦断面直管微通道，继而对流场进行数值计算, 以期得出微尺度下的流体速度及剪应力分布, 为复杂微通道数值模拟研究提供可靠依据。

3. 研究的基本内容与计划

学习流体力学，掌握逾渗理论及微通道内经典n-s方程的应用，学习使用fluent软件，根据机械密封端面流体的泄漏形式设定相应的边界条件，考虑到密封端面微通道内的壁面阻力，流动状态及因流体旋转产生的离心力场，用fluent确立合适的几何模型，进行网格划分，选择物理模型和计算方法，确定边界条件和材料属性，数值模拟密封端面上微通道内流体的流动状态，获得径向速度及剪切应力分布等流动特性，从而获得单个微通道的泄漏率及摩擦扭矩，再计算出密封端面的微通道数，从而计算机械密封端面的总泄漏量及摩擦扭矩。

第一阶段:准备阶段(2012年1月----2012年3月)

1、确定研究课题，整理课题相关资料。

4. 研究创新点

本项目的特色之处是：本项目将微通道知识与机械密封的端面泄漏状态进行了结合，运用逾渗理论确定微通道的形式，再利用fluent软件数值模拟密封端面上微通道内流体的流动特性，获得径向速度及剪切应力分布等流动特性，计算端面微通道数，得出总泄漏量及摩擦损失。